A fissão nuclear e a bomba atômica

Em 1934, o casal Curie-Joliot descobriu que era possível transformar elementos não radioativos em outros, radioativos, por meio de reações nucleares feitas em laboratório - uma transmutação - onde utilizaram partículas alfa no bombardeio dos átomos a serem transmutados.

Coube ao italiano Enrico Fermi, sugerir a substituição dessas partículas por nêutrons, já que a ausência de carga elétrica evitaria a repulsão nuclear, facilitando, então o processo.

Os cientistas alemães Otto Hahn e Fritz Strassman executaram a experiência imaginada por Fermi, isto é, obter o elemento de número atômico 93 a partir do bombardeio de U -238 com um nêutron, o que levaria o átomo de U -238 a emitir uma partícula beta. E, para surpresa, inclusive dos realizadores, foi detectada a formação de átomos de bário (Z = 56)! Foi quando a cientista austríaca Lisa Meitner concluiu que o núcleo de urânio havia se fragmentado em pedaços menores - um deles, o bário. O fenômeno foi então batizado de fissão nuclear. Estava, então , dado o primeiro passo, quase por acaso, para a produção da bomba atômica.



A estabilidade do núcleo atômico depende de muitos fatores, sendo, portanto, muito difícil fazer qualquer previsão quanto a essa propriedade;alguns fatos, contudo, puderam ser observados pelos cientistas:

• núcleos com números pares tanto de prótons quanto de nêutrons costumam ser mais estáveis do que aqueles que apresentam ao menos uma dessas quantidades em valor ímpar. É muito raro um núcleo estável com números ímpares de prótons e de nêutrons.



• para átomos com número atômico menor ou igual a 20, os isótopos mais estáveis apresentam a razão n/p ( nºde nêutrons/nº de prótons) igual ou próxima de 1.
  

Acompanhe:

carbono - 12 (estável) : n/p = 6/6 = 1.

carbono - 14 (radioativo) : n/p = 8/6 = 1,33...

Quando ocorre uma fissão nuclear, uma quantidade ENORME de energia é liberada ! Se 1g de trinitrotolueno sofre combustão, 2,80 kJ são liberados... se 1g de U -235 sofre fissão, 84 milhões de kJ serão liberados!!!

Reação em cadeia

A liberação de dois ou três nêutrons na fissão de cada núcleo de U -235 permite que eles caussem a fissão de mais alguns núcleos desse isótopo do urânio que, fissionados, vão liberar mais nêutrons, que, por sua vez fissionarão outros núcleos de U - 235, e assim por diante - trata-se de um efeito dominó, uma reação em cadeia capaz de liberar quantidades de energia e radiação sempre crescentes, atingindo proporções inimagináveis!!!

Para que a reação em cadeia prospere, é necessário, no entanto, uma massa mínima do isótopo que está sofrendo fissão, ou os nêutrons escapam para o meio externo, e a reação em cadeia é interrompida - é o que chamamos de massa crítica. Para o urânio, essa massa é de alguns quilogramas.

Enriquecimento do urânio

Entre os isótopos do urânio, o único que sofre fissão nuclear é o U -235. Ocorre que a abundância desse isótopo na natureza é em torno de 0,7% da massa das amostras de urânio natural; o resto é de U - 238. Para aumentar a proporção do primeiro nessa mistura,utilizam-se técnicas de enriquecimento de urânio. O urânio extraído da natureza é transformado, por meio de reações químicas, no U3O8, um óxido de cor amarela -o yellow cake....Em seguida, esse óxido é transformado no gás UF6 para que o urânio possa ser enriquecido.

A partir daí, há duas opções principais:

• enriquecimento do urânio por difusão gasosa
• enriquecimento do urânio por ultracentrifugação (opção adotada no Brasil, que utiliza uma ultracentrífuga que gira a 70 mil rotações por minuto com o gás UF6 em seu interior).

Depois que o urânio foi enriquecido, as moléculas de UF6 são convertidas a átomos de urânio metálico. Agora, no entanto, haverá uma fração de U - 235 muito maior que os 0,7% da mistura original.

Atingindo-se valores próximos a 90%, tem -se o enriquecimento suficiente para uma bomba atômica; já para as usinas nucleares, o enriquecimento exigido é de valores em torno de 3%.